使用智能檢查設計軟件，PCB 溫度不會過熱

2021-06-30

使用智能檢查設計軟件，PCB 溫度不會過熱

電路板完整性可能會在沒有設計人員有意識地減少高溫電路板區域的情況下受到損害。熱量管理有助于防止您的電路板著火。

正確的電路板設計軟件將在高速設計及其他領域大有作為。

對實現更小的產品占位面積的重視已經推動多層 PCB 設計朝著更高的組件密度發展。因此，更好的熱設計技術的應用已成為當務之急。較高的工作溫度會導致電路板的機械應力，隨著層的加熱和冷卻，這些應力會導致開裂和間歇性或連接失敗。熱設計涉及了解熱量是如何發生的、不同的組件和層材料如何響應熱量，以及如何正確地從 PCB 層壓材料中去除熱量。

高溫會破壞層的完整性

熱膨脹系數 (CTE) 表示為每攝氏度百萬分之一 (ppm/oC)，它描述了 PCB 層壓板在加熱或冷卻時如何膨脹。為了正確看待這一點，印刷電路板的長度、寬度和厚度會隨著溫度的升高而膨脹。例如，常見的 FR-4 層壓板膨脹 14 至 17 ppm/oC。當我們將層壓板膨脹率與 IC 或 BGA 等組件的膨脹率進行比較時，組件的膨脹率與層壓板材料之間存在顯著差異。差異的結果表現為連接斷開或電路不穩定。如果層壓板和組件具有相似的 CTE，則兩者都會膨脹和收縮而不會造成任何損壞。

與組件一起使用的塑料包裝具有高耐熱性。結果，熱量傳遞到 PCB 原型的裸露銅焊盤。由于這些低熱阻點可能會損壞，Altium Designer 提供了關于熱界面材料和散熱器正確放置的高質量信息。例如，將散熱器熱連接到電路板與表面貼裝元件相反的一側，可使系統溫度保持在容差范圍內。但是，在某些情況下，制造商可能會生產需要將散熱器連接到組件頂部的封裝。

為您的 PCB 選擇合適的熱界面材料

Altium Designer 使用組件信息和分析工具來確定使用散熱圖案和淚珠來加強軌道到焊盤、軌道到通孔和軌道到軌道的連接。Altium Designer 為連接到電源或接地層的任何過孔或孔提供正確的散熱模式。散熱片通過將組件熱連接到相鄰的銅平面來將熱量從組件傳導走。

通過裸露焊盤的熱傳遞說明 PCB 上發生了最大的熱傳遞。在您設計 PCB 時，Altium Designer 將協助確定電路板的熱阻。Altium Designer 確定熱量從元件結點轉移到環境空氣的路徑，它定義了 PCB 每一層的熱性能參數。從那里，您可以使用 Altium Designer 為您的 PCB 設計建立電氣規則檢查 (ERC) 和設計規則檢查 (DRC)，并驗證您的 PCB 是否滿足所有既定的熱設計約束。

了解何時使用導熱墊或導熱膏可能是確定如何布局電路板的第一步。

在大多數電路板中，熱量管理可能是一個設計問題，因此了解如何減輕相關風險可能非常有價值。

有很多方法可以緩解電路板的發熱問題。

淚珠通過在走線與焊盤連接處支撐銅來減少機械應力和熱應力。

在熱設計中使用最佳實踐

高功率電路板設計會產生熱量，因此需要最佳實踐來散熱。這些最佳實踐包括降低外殼到環境的熱阻（?CA 用于 PCB 設計中的集成電路。通過適當的散熱技術控制熱阻可提高印刷電路板的可靠性。

良好的熱設計和適合 PCB 的熱界面材料可以提高可靠性并防止損壞組件以及柔性 PCB。然而，通向良好熱設計的途徑通常涉及對復雜幾何形狀的流體動力學進行數學分析。您無需嘗試執行該分析，而是可以依靠 Altium Designer 提供的分析來定義哪些材料和方法最適合熱控制。Altium Designer 提供的分析在 PCB 設計過程的早期就考慮了熱設計。

例如，您可以通過在 PDN Analyzer（電力傳輸網絡分析儀）應用程序中使用 PI-DC（直流電源完整性）分析來優化您的設計，以實現電源和電源之間的最低電流密度和壓降，從而避免在布局后階段后重新設計。所有負載。PDN Analyzer 確保 PCB 上的平面、走線和過孔具有滿足安裝在板上的組件的功耗需求所需的尺寸和特性。保持直流電源布局的完整性并優化您的設計可以減少出現熱問題的機會。

Altium Designer 和 PDN Analyzer 提供識別問題組件所需的工具

使用 Altium Designer，您可以訪問超過 300,000 個組件的熱阻信息以及推薦的指南、可用性和成本估算。您對組件庫的訪問提供了組件的功耗值，并允許您直接編輯和附加有關熱特性的任何問題到組件。反過來，您可以使用 PDN Analyzer——一個可下載的 Altium Designer 擴展——從 PCB 設計中提取所有物理和電氣信息。

PDN Analyzer 應用程序中的工具可識別組件放置期間的熱點，并根據組件的功耗值生成熱圖。然后，您可以使用每個組件的真實溫度曲線的近似值來考慮電路的熱相互作用。

高功率、高頻功率放大器產生的熱量可能會損壞靠近放大器的器件結點或有源器件。Altium Designer 還協助放置組件以在 PCB 上均勻分布熱量。通過正確的元件放置，您的 PCB 可以將能量轉移到表面貼裝的功率元件上。

值得慶幸的是，Altium 有一系列視頻記錄了有關熱管理和熱阻的技巧和指南。

材料選擇會影響 PCB 的溫度限制。

PDN 分析儀可以在將您的電路板運送進行原型設計或制造之前為您節省大量時間和金錢。

使用 Altium Designer 的 PDN 分析器可以使您的設計更加可靠。

方便的 PCB 編輯器使設計能夠完美運行

此外，Altium Designer 可幫助您為高溫應用選擇低 CTE 材料。Altium 的層堆棧管理器允許您為您的應用選擇具有正確玻璃化轉變溫度 (Tg)、層壓介電常數 (Dk) 和損耗因數 (Df) 的電介質。例如，高溫 PCB 需要高于 170oC 的 Tg，并且應處理工作溫度低于 Tg 約 25oC 的連續熱負載。層堆棧管理器中的層堆棧表指定了每種層類型的材料和機械要求。始終咨詢電路板制造商，為您的 PCB 設計選擇正確的材料和屬性。

Altium Designer 從原理圖到版圖的設計集成確保了團結

Altium Designer 的 PCB 編輯器為設計規則提供了基礎。您可以在編輯器中建立以下設計規則：

與物體保持分離

作為靈活查詢系統定義的目標工作

適用于任何設計情況

有優先權

定義對象所需的行為，以及

確定兩個對象之間的交互。

擁有智能規則和約束編輯器可以幫助管理從 PCB 材料到焊接和回流可能對您的設計產生的影響的任何事情。但此外，擁有設計規則檢查器只是流程的另一部分，它使您能夠無縫地從原理圖到布局再到生產.

能夠設置一個設計規則檢查器來定期捕捉任何潛在的設計缺陷是設計師的救星。

組件選擇，尤其是在嘗試減輕電路板的散熱需求時，可能會變得難以處理。

高速設計是許多潛在的設計途徑之一，不可避免地會遇到熱管理問題。